寒冷地区冬季库外洗车技术研究

王义成，赵刚，薛强

(1．北京厚德力拓轨道科技有限公司，北京 100068;2．北京中铁科节能环保新技术有限公司，北京 100081)

1 概述

当前传统的铁路机车车辆(动车)表面清洁工艺，在北方需建洗车库，库内需有替代动力［1-4］。洗车作业繁琐，效率低，增加整备作业时间，安全隐患多［5］。多年来，有关专家一直在研究解决寒冷地区不建库洗车的方法。如:热水冲洗、高压蒸汽冲洗、刷子干刷等，但效果均不佳。存在的主要问题是:(1)热水按常规水压水量喷在冰点温度以下的车外皮上，很快发生结冰，无法实现洗刷效果。(2)高压蒸汽喷出遇到寒冷空气迅速凝结成水而结冰，无法实现洗刷效果。(3)采用泡沫刷毛的刷子干刷，只能刷掉外皮表面浮灰，无法刷掉附着在表面的油污渍。如改变刷毛材质，提高刷弓的转速，刷掉油污渍的同时损坏了车外皮的油漆和光泽。要实现寒冷地区冬季不建库洗车，核心问题是解决气温冰点以下洗车时水结冰的问题。在对现场进行深入调查研究和技术分析的基础上，研究出了解决气温冰点以下水结冰的方法，实现了寒冷地区冬季不建库洗车的技术难题。

2 冰点洗车试验及技术原理

2．1 冰点洗车试验

在气温冰点以下条件(-15℃至-25℃)进行大量的洗车试验，观察、记录水的形态细微变化。试验结果表明，喷洒在车表面的水随着水温、水压、水量的变化改变其结冰点，即:水温、水压、水量达到一定条件时不立即结冰。这个水结冰的特性，改变了对水在寒冷环境里滴水即成冰一般规律的认识，为解决寒冷地区不建库洗车找到了方法。

根据反复实验得出的结果，测定不同冰点气温条件水结冰的临界点，最终总结固化结冰临界曲线。冰点洗车工艺按结冰临界曲线，设定喷水温度、量、压力。按以上理论数据设计制造的冰点洗车样机，经反复在气温冰点以下(-15℃至-25℃)进行洗车试验，完全达到水喷洒到车表面不立即结冰的实际效果，为冰点洗车工艺设计奠定了理论和实际基础。

2．2 冰点洗车技术原理

水的热传导系数0．5 W/(m·k)，车外皮(钢板)的热传导系数80 W/(m·k)，水的热传导系数低于车外皮160倍;水的比热容4 200 J/(kg·K)，车外皮(钢板)的比热容450 J/(kg·K)，水的热容量高于车外皮10倍。由于热传导速度、热容量的悬殊差异，水与车外皮不会同步降温。因此，气温冰点以下洗车时，当水的温度、压力、量达到一定条件时，虽然车外皮温度在冰点以下，但水温不会很快降至冰点而结冰。

为了进一步验证该原理，进行了试验验证:把直径1．5 mm、水温12℃的水珠滴在钢板上，在-23℃的环境中进行观察。结果，钢板5s达到-23℃，水珠30s才开始结冰。

据此，在总结多年积累的寒冷环境下洗车经验基础上，进行多次试验研究，开发了冰点洗车工艺和技术设备。

3 冰点洗车工艺及现场试验

3．1 冰点洗车工艺

(1)在特定气温(冰点以下)条件下，依据测定固化的水结冰临界曲线，设定喷水温度、量、压力，实现水喷洒到车表面不立即结冰。

(2)水喷洒车表面不结冰只是瞬间。采用特殊技术的热风刀，利用柯恩达效应(风量增加30～40倍)，对水的热传导和比热容数据计算，结合冰点洗车实际经验，采用向车外皮表面水膜送一定的热，使水膜始终保持冰点以上温度，实现水在液态下完成洗车过程。

(3)洗车时车外皮水膜经毛刷旋转形成细水珠，与寒冷空气混合后出现结冰。采用热风幕隔热技术，在刷弓周围制造一个保温环境(半封闭温室)。水形成细水珠后不能与寒冷空气混合，在洗车区保持一定的温度，不发生细水珠结冰。

(4)由于水与车外皮热传导速度、热容量相差悬殊，冰点洗车供热计算，要充分利用水与车外皮热传导速度、热容量的悬殊差，不需计算车外皮温度，只计算水膜温度保持在0℃以上即可。

3．2 冰点洗车工艺流程

在多次试验的基础上，开发了冰点洗车设备，洗车工艺流程如图1所示:

图1 冰点洗车工艺流程

(1)机车车辆(动车)进入洗车区，半封闭室的封闭门自动打开，供热系统向封闭室和车外皮上送热风，热风幕(风刀)向车外皮喷高压风，隔离封闭室与外界热对流。

(2)刷弓移动靠近被洗车外皮，水嘴向外皮喷洒清洁剂、温水。清洗流程:回用水清洗浮垢—洗涤剂溶解固着污垢—回用水清洗—净水清洁—热风吹干。各道刷弓按工艺要求，使用不同水质的水进行作业。

(3)清洗的污水经沉淀过滤后形成污泥处理。

(4)机车车辆(动车)离开洗车区，刷弓停止旋转，刷弓移动归到原位，半封闭室的封闭门自动关闭，停止向封闭室和车外皮上送热风和喷高压风。

(5)洗车机长时间停止作业时，利用管路排空装置将水管路内水排净防冻。半封闭室加热器降到最低点，仅够维持不冻刷毛即可。

3．3 冰点洗车现场试验

2014年1月18日在兰西机务段进行了冰点(-18℃)机车洗车实际试验，效果良好。2015年1月9、12、21日在公司的生产基地(辽宁阜新市)分别进行了-15℃至-25℃的样机洗车试验，效果完全达到设计要求。

4 结论

从现场洗车和试验验证，气温冰点以下洗车时，当水的温度、压力、量达到一定条件时，虽然车外皮温度在冰点以下，但水温不会很快降至冰点而结冰。依据此技术原理开发的冰点洗车技术经现场试验结果表明，该技术能够满足现场的实际需要，可以解决目前北方地区建库洗车繁琐、安全隐患多等一系列问题。

［1］ 张勇．沃尔新:执轨道交通列车自动清洗系统之牛耳［J］．城市轨道交通研究，2010(5):1-2．

［2］ 李建刚，魏杰．机车车体清洗装置［J］．铁道机车车辆，1996(1):64-68．

［3］ 谢加红，刘杰．智能型多功能机车外皮清洗设备［J］．世界轨道交通，2004(4):47-49．

［4］ 陈洁．车辆清洗设备［J］．国外机车车辆工艺，2001(5):13．

［5］ 徐位练．动车组外皮清洗设备存在的问题与建议〔J〕．铁道劳动安全卫生与环保，2009，36(4):188-190．